第十章 物质代谢的联系与调节

1、第十一章 物质代谢的调节Metabolic Interrelationships and Regulation物质代谢的相互联系物质代谢的相互联系Metabolic Interrelationships一、在能量代谢上的相互联系一、在能量代谢上的相互联系三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoACoATAC2H2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCOCO2 2三大营养素可在体内氧化供能。三大营养素可在体内氧化供能。葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥

2、珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸生物体的代谢调节在三个水平上进行细胞水平或分子水平调节细胞水平或分子水平调节激素水平调节激素水平调节整体水平调节整体水平调节( (神经调节神经调节) )第一节 细胞水平的代谢调节v1 1、细胞内酶的区域分布、细胞内酶的区域分布胞液胞液：糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷：糖酵解、糖原合成与分解、糖异生、磷酸戊糖途径、脂酸合成酸戊糖途径、脂酸合成线粒体线粒体：TCATCA循环、脂酸循环、脂酸-氧化、呼吸链及氧氧化、呼吸链及氧化

3、磷酸化化磷酸化胞液和线粒体胞液和线粒体：尿素合成、血红素合成：尿素合成、血红素合成胞液和内质网胞液和内质网：胆固醇合成、蛋白质合成：胆固醇合成、蛋白质合成细胞核细胞核： DNADNA、RNARNA 酶的隔离分布的意义酶的隔离分布的意义 避免了各种代谢途径互相干扰。避免了各种代谢途径互相干扰。v关键酶关键酶(key enzymes)(key enzymes)，限速酶限速酶（rate-limiting rate-limiting enzymeenzyme）活性的调节活性的调节v限速酶特点限速酶特点所催化的反应速度所催化的反应速度最慢最慢催化催化单向单向反应（或非平衡反应）反应（或非平衡反应）受多种

4、效应剂的调节受多种效应剂的调节2、代谢调节的基本方式代谢途径限速酶糖酵解己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶磷酸戊糖途径葡糖-6-磷酸脱氢酶糖异生丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖-1，6-二磷酸酶，葡糖-6-磷酸酶三羧酸循环柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体糖原合成糖原合酶糖原分解磷酸化酶脂肪分解三酯酰甘油脂肪酶脂酸合成乙酰辅酶A羧化酶胆固醇合成HMG辅酶A还原酶尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶血红素合成ALA合成酶3、多酶体系与多功能酶v单体酶：只具有三级结构的酶v寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶v多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物

5、v如：丙酮酸脱氢酶复合体v多功能酶：具有多种不同功能却只含一条多肽链的酶v如：脂肪酸合酶体系中4、底物循环（substrate cycle）v底物循环：代谢途径中某些可逆反应的正反方向是由不同酶催化的，即不同酶催化单向反应使得两个作用物互变。6磷 酸果糖1,6二磷 酸果糖.6磷 酸果糖激 酶1果糖二磷 酸酶1AMP(+)(-)(-)(+)2,6二磷 酸果糖ATPADPPi图111 磷 酸果糖激 酶和二磷 酸果糖酶所催化的底 物循环5、同工酶v多肽链由不同基因或等位基因编码，或由同一基因的不同转录产物翻译生成的蛋白质。v催化相同的化学反应v酶分子结构不同vKm值不同（酶与底物亲和力不同）v存在于

6、不同组织、细胞、亚细胞 快速代谢快速代谢 迟缓代谢迟缓代谢数秒、数分钟数秒、数分钟通过改变通过改变酶的活性酶的活性数小时、几天数小时、几天通过改变通过改变酶的含量酶的含量 变构调节变构调节(allosteric regulation)化学修饰调节化学修饰调节(chemical modification) 代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。代谢调节主要是通过对关键酶活性的调节而实现的。1、反馈调节v反馈调节：代谢途径的底物或终产物影响催化该途径起始反应的酶活性的调节方式v负反馈：终产物的积累抑制初始步骤的酶活性，使得反应减慢或停止v例如：ATP抑制糖酵解及糖有氧氧化的限速酶v正反馈：

7、代谢过程中某些中间产物可使本途径的前行酶活化，加速反应的进行v如：果糖-1，6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1的反应产物，又是激活剂2、变构调节(allosteric effector) 某些小分子化合物能与酶分子上的活性中心之外的部位特异地非共价可逆结合，引起酶蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象称为酶的变构调节 v酶促化学修饰与变构调节是体内调节代谢速度和方向的两种方式。对某一种酶来说，它可以同时接受这两种方式的调节 被调节的酶称为被调节的酶称为变构酶变构酶或别构酶或别构酶( (allosteric enzyme) )使酶发生变构效应的物质，称为使酶发生变构效应的物质，称为变构效应

8、剂变构效应剂( (allosteric effector) ) 变构激活剂变构激活剂 allosteric effector 引起酶活性引起酶活性增加增加的变构效应剂。的变构效应剂。 变构抑制剂变构抑制剂 allosteric effector 引起酶活性引起酶活性降低降低的变构效应剂。的变构效应剂。代谢途径代谢途径变构酶变构酶变构剂变构剂激激 活活 抑制抑制糖酵解糖酵解已糖激酶已糖激酶AMPAMP、ADPADP、FDPFDP、PiPiG-6-PG-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1FDPFDP柠檬酸柠檬酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶FDPFDPATPATP、乙酸、乙酸CoACoA三羧酸循环三羧酸

9、循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶AMPAMPATPATP、长链脂酰、长链脂酰CoACoA异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶AMPAMP、 ADPADPATPATP糖异生糖异生丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰CoACoA、ATPATPAMPAMP果糖果糖1,61,6二磷二磷酸酶酸酶5 5-AMP-AMPAMPAMP糖原分解糖原分解磷酸化酶磷酸化酶b bAMPAMP、G-1-PG-1-P、PiPiATPATP、G-6-PG-6-P糖原合成糖原合成糖原合酶糖原合酶G-6-PG-6-P脂肪酸合成脂肪酸合成乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶柠檬酸、异柠檬酸柠檬酸、异柠檬酸长链脂酰长链脂酰CoACoA胆固醇合成胆固醇合成

10、HMGHMGCoACoA还原酶还原酶胆固醇胆固醇氨基酸代谢氨基酸代谢谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶ADPADP、亮氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸ATPATP、GTPGTP、NADHNADH嘌呤合成嘌呤合成PRPPPRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRPPPRPPAMPAMP、ADPADP、GMPGMP、GDPGDP嘧啶合成嘧啶合成天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰转移酶转移酶CTPCTP血红素合成血红素合成ALAALA合成酶合成酶血红素血红素变构酶的特点及其作用机理：1、变构酶是多亚基酶：催化亚基；调节亚基2. 变构效应剂是：底物、产物、小分子代谢物底物、产物、小分子代谢物变构效应剂与调节亚基(或部位)以

11、非共价键相结合，改变酶的构象，从而使酶活性被抑制或激活；酶与变构效应剂分离后能恢复原有的酶学性质。3. 变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程式。V与S曲线不呈矩形双曲线，而呈S形（正协同效应）或比矩形双曲线更陡峭的曲线（负协同效应）4. 变构效应对代谢速度的改变常常是由于影响了整条代谢途径中某个限速酶活性而引起的。5. 变构调节过程不需要能量。变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化乙乙酰酰C Co oA AP PA A脱脱氢氢酶酶

12、系系P PA AP PA A激激酶酶P PE EP PP P二二羟羟丙丙酮酮3 3- -P P- -甘甘油油醛醛F F- -1 1, ,6 6- -B BP PP P果果糖糖激激酶酶- -1 1F F- -6 6- -P PG G- -6 6- -P P己己糖糖激激酶酶G G柠柠檬檬酸酸异异柠柠檬檬酸酸- -K KG G草草酰酰乙乙酸酸柠柠檬檬酸酸合合酶酶异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶脱脱氢氢酶酶- -K KG GP PA A羧羧化化酶酶P PE EP P羧羧激激酶酶T TG G甘甘油油+ +F FF FA A3 3- -P P- -甘甘油油脂脂酰酰C Co oA A乙乙酰酰C Co oA A丙

13、丙二二酰酰C Co oA A乙乙酰酰C Co oA A羧羧化化酶酶H HS SL LG G- -1 1- -P PU UD DP PG G糖糖原原糖糖原原合合酶酶糖糖原原磷磷酸酸化化酶酶T TA AC CG G- -6 6- -P P长长链链脂脂酰酰C Co oA A( (- -) )A AT TP P柠柠檬檬酸酸A AM MP P, ,A AD DP PF F- -1 1, ,6 6- -B BP PF F- -2 2, ,6 6- -B BP P胰胰岛岛素素G G- -6 6- -P Pa as se eA AT TP P, ,A Al la aF F- -1 1, ,6 6- -B BP

14、 PA AM MP PA AT TP P, ,长长链链脂脂酰酰C Co oA A乙乙酰酰C Co oA A, ,A AT TP P脂脂酰酰C Co oA A柠柠檬檬酸酸胰胰岛岛素素胰胰高高血血糖糖素素 胰胰高高血血糖糖素素F FB BP Pa as se e( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (+ +) )( (- -) )( (+ +) )A AD DP P乙乙酰酰C Co oA AN NA

15、AD DH H, ,A AT TP PN NA AD DH H, ,A AT TP P, ,胰胰高高血血糖糖素素胰胰高高血血糖糖素素 胰胰高高血血糖糖素素胰胰高高血血糖糖素素, （二）化学修饰调节v酶促化学修饰(chemical modification ) ：有些酶分子肽链上的某些氨基酸残基可在其他酶的催化下发生可逆的共价修饰(covalent modification)(covalent modification) ，使酶分子的局部结构或构象产生改变，从而引起酶活性的改变的过程。v如：v磷酸化和脱磷酸；最为常见 v乙酰化和去乙酰化；v腺苷化和去腺苷化;v甲基化和去甲基化； v-SH基和SS

16、基互变;酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的酶蛋白酶蛋白v特点：特点：酶具无活性（或低活性）和有活性（或高活性）酶具无活性（或低活性）和有活性（或高活性）两种形式两种形式放大效应放大效应经济而有效经济而有效快速调节快速调节同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。v（一）酶蛋白合成的诱导与阻遏（一）酶蛋白合成的诱导与阻遏v加速酶合成的化合物称为加速酶合成的化合物称为诱导剂诱导剂(inducer)v减少

17、酶合成的化合物称为减少酶合成的化合物称为阻遏剂阻遏剂( (repressor) )v底物底物、产物、激素、药物三、细胞内对酶含量的调节v（二）酶蛋白降解的调控（二）酶蛋白降解的调控v通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。溶酶体溶酶体蛋白酶体蛋白酶体 释放蛋白水解酶，降解蛋白质释放蛋白水解酶，降解蛋白质 泛素识别、结合蛋白质；泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质蛋白水解酶降解蛋白质第二节 激素对物质代谢的调节内、外环境改变内、外环境改变机体相关组机体相关组织分泌激素织分泌激素激素与靶细胞激素与靶细胞上的受体结合上的受体结合靶细胞产生

18、生物学靶细胞产生生物学效应，适应内外环效应，适应内外环境改变境改变激素作用机制激素作用机制第三节 整体水平的代谢调节v应激v饥饿v糖尿病一、应激状态下的代谢调节v应激（stress）：是人体受到一些诸如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒、感染、以及剧烈情绪激动等异乎寻常的刺激所作出一系列反应的“紧张状态”。v儿茶酚胺、胰高血糖素、生长激素、肾上腺糖皮质激素分泌增加；胰岛素相对不足 v（一）糖代谢的变化：高血糖v（二）脂肪代谢的变化；脂肪动员增加 v（三）蛋白质代谢的变化：蛋白质分解加强 二、饥饿时的代谢调节v（一）短期饥饿绝食1-3天后，肝糖原显著减少，血糖降低，便引起胰岛素分泌减少和胰高血糖素，糖

19、皮质激素分泌增加v1. 肌肉释放氨基酸加速 v2. 糖异生作用增强：饥饿2天后肝糖异生明显增强。肝（80%），肾（20肝糖异生速度为150g/天，30%来自乳酸，10%来自甘油，40%来自氨基酸v3. 脂肪动员加强，酮体生成增多 v4. 组织对葡萄糖的利用降低 饥饿时能量来源主要是储存的蛋白质和脂肪，其中脂肪约占能量来源的85%以上 糖原消耗糖原消耗血糖趋于降低血糖趋于降低胰岛素分泌减少胰岛素分泌减少胰高血糖素胰高血糖素分泌增加分泌增加 引起一系列的代谢变化引起一系列的代谢变化1. 短期饥饿（短期饥饿（13天）天） （1）蛋白质代谢变化蛋白质代谢变化分解加强，氨基酸异生成糖分解加强，氨基酸异生成糖（2）糖代谢变化）糖代谢变化 糖异生加强，糖异生加强，组织对葡萄糖利用